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Tema 12.- La Base Molecular de la Herencia
El ADN como portador de la Información Genética
La Genética es la parte de la Biología que se ocupa del estudio de la herencia biológica, intentando explicar los
mecanismos y circunstancias mediante los cuales se rige la transmisión de los caracteres de generación en
generación. La genética molecular estudia estos procesos desde un punto de vista químico.
Naturaleza del Material Genético
Hoy sabemos que la molécula portadora de la herencia es el ADN, pero esto se demostró a mitad del siglo XX.
Anteriormente no se conocía cuál era esa molécula pero si se sabía que debería cumplir una serie de requisitos:
-
Ser químicamente estable, para que no sufriera alteraciones.
Ser capaz de originar copias de sí misma (pervivencia de la información).
Ser capaz de pasar la información de una generación a otra.
Posibilidad de pequeños cambios que permitieran la variabilidad y así la evolución de los seres vivos.
El ADN fue descubierto por Miescher en 1869 pero se pensaba que eran las proteínas y no el ADN quien
cumplía esos requisitos. El posterior descubrimiento de los cromosomas permitió comprobar que ambas moléculas
los cumplían.
En 1928, Griffith describió el llamado fenómeno de transformación por neumococos. Se distinguen dos tipos de
neumococos:


Los neumococos de tipo S (liso) que forman colonias de aspecto liso y brillante sobre un medio sólido.
Se caracterizan por poseer una cápsula de polisacáridos en la superficie celular que las protege del
sistema inmunitario del huésped y provocan infecciones que matan al animal en 3 ó 4 días.
Los neumococos de tipo R (rugoso) que forman colonias de aspecto rugoso sobre un medio sólido, y
son poco virulentos, no tienen cápsula.
Experiencia 1
Experiencia 2
Experiencia 3
Al inyectar en ratones
bacterias virulentas S, se
produce la muerte de los
animales por neumonía.
La inyección de bacterias R
no virulentas no tenía efectos
sobre los animales.
Al inyectar bacterias S
muertas, por calor, los
ratones no desarrollaban la
enfermedad.
Un cultivo de tejidos del
animal después de la
inyección no detectaba la
presencia de bacterias de
ninguna de las cepas
Un cultivo de tejidos del
animal no detectaba bacterias
Un cultivo posterior
detectaba la presencia de
bacterias S en el animal
muerto
Experiencia 4
Al inyectar a los ratones una
mezcla de bacterias R y S,
muertas por calor, los ratones
desarrollan la enfermedad y
mueren.
En los cultivos se observan
bacterias de tipo S y R
Griffith concluyó que un factor de transformación había sido transferido desde los neumococos S muertos a
los neumococos R vivos. Este factor de transformación convirtió a los neumococos R en neumococos S con la
cápsula de polisacáridos que les hacía letales. Por tanto:
-
La información genética está contenida dentro de la célula.
El material genético es un portador activo de la información genética.
á
á
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Biología _ 2º Bachillerato
En 1944, Avery, McLeod y McCarty dedujeron que ese factor transformante de Griffith era el ADN. Llegaron a
la conclusión de que era el ADN de las bacterias S muertas por el calor el que transformaba las bacterias R en S.
Demostraron así que el ADN era la molécula que contenía la información necesaria para que las bacterias S fueran
virulentas y que, a pesar de estar muertas, su ADN no estaba destruido y podía pasar al medio y de aquí a las
bacterias de cepa R, integrándose en el genoma de éstas y transformándolas en virulentas



Trataron los neumococos S muertos por calentamiento con detergente para obtener un lisado celular (un
extracto libre de células que contenía el factor de transformación. Este lisado contiene: el polisacárido de
la superficie celular, las proteínas, el ARN y el ADN de los neumococos S.
Sometieron al lisado a diversos tratamientos enzimáticos.
Inyectaron en ratones los neumococos de tipo R vivos junto con una fracción del lisado modificada
enzimáticamente.
Tratamiento sobre el lisado
Resultado
Conclusión
Ninguno
El factor transformante está
presente en el lisado
Se añadió la enzima SIII, que
degrada la cápsula de polisacárido
El factor transformante no era una
proteína
Se extrajeron los ácidos nucleicos
del lisado anterior y se añadió la
enzima ARNasa (degrada el ARN)
Al extracto de ácidos nucleicos
anterior se le añadió la enzima
ADNasa (degrada el ADN)
El factor transformante no era el
ARN
El factor transformante era el ADN
Esta serie de experimentos demostró que la naturaleza química del factor de transformación (la
información genética capaz de convertir neumococos R en neumococos S) era un DNA y no una proteína como se
sospechaba en aquella época.
En 1952, Hershey y Chase demostraron que era el ADN y no una proteína el material genético. Prepararon dos
muestras separadas de bacteriófagos T2 (virus que infectan bacterias), una muestra contenía ADN marcado con el
isótopo radiactivo 32P y la otra muestra contenía proteína marcada con el isótopo radiactivo 35S. Cultivaron los dos
tipos de virus por separado, infectaron bacterias Escherichia coli con los dos grupos de fagos y analizaron las
bacterias en busca de radiactividad.
32P
35S
Vieron que los virus descendientes de los marcados con 32P estaban también marcados, en cambio los
marcados con 35S radioactivo no presentaban radioactividad. A partir de estos resultados, Hershey y Chase
concluyeron que el material genético viral era el DNA y no la proteína, lo cual reforzó las observaciones
realizadas anteriormente por Avery y colaboradores.
Concepto Clásico y Molecular de los Genes
Para Mendel (1822-1884) los genes eran considerados como factores hereditarios que determinaban las
características externas de los seres vivos. En su época se ignoraba su composición química o su localización. Para
poder referirse a ellos fueron denominados mediante letras. Así, en los guisantes, el gen A determina que las
semillas sean de color amarillo y el gen a hace que sean verdes. Pero nadie sabía qué era lo que hacía que los
guisantes fueran verdes o amarillos ni cómo lo hacía. Esto es, no se sabía la naturaleza de los factores hereditarios
ni cuál era su mecanismo de actuación.
En 1901 los estudios de Garrod sobre la alcaptonuria permitieron empezar a conocer cómo actuaban los genes
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Tema 12.- La Base Molecular de la Herencia
y las experiencias de Griffith y Avery, descubrieron que los genes estaban localizados en el ADN. Garrod llegó a la
conclusión de que el gen normal A produce la enzima necesaria para no padecer alcaptonuria, mientras que el gen
a recesivo no la produce. Ésta era la primera vez que se relacionaba un gen con una enzima y, por tanto, con una
reacción. De aquí surgió la hipótesis: un gen-una enzima. Sin embargo, debido a que hay enzimas formadas por
dos o más cadenas polipeptídicas, la hipótesis se reformuló como: un gen-un polipéptido.
Una vez establecido el paralelismo entre genes y enzimas y tras ser propuesto, en 1.953, el modelo de doble
hélice por Watson y Crick, este último propuso la denominada hipótesis de colinealidad de Crick: existe una
correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aminoácidos de la enzima codificada.
Dogma Central de la Biología Molecular
Propuesta inicial de Crick (1970)
Modificaciones posteriores
Replicación
Replicación
Transcripción
Traducción
ARN
ADN
ADN
Replicación
Transcripción
ARN
Traducción
Proteína
Proteína
Transcripción
Inversa
Desde el punto de vista molecular, la mayoría de los genes son fragmentos de una molécula de ADN que
determinan la síntesis de una proteína, mientras que otros realizan funciones reguladoras.
El material genético en Procariotas y Eucariotas
Procariotas
Eucariotas
Todo el ADN se emplea como información para la
síntesis de proteínas.
Sólo un 10% o menos del ADN se emplea para codificar
proteínas. El resto tiene funciones poco conocidas.
El gen codificador de cada proteína se compone de una
secuencia continua de nucleótidos
Las secuencias de nucleótidos que codifican proteínas
(exones) no son continuas, teniendo intercaladas otras
no codificadoras (intrones). Se considera que los
intrones son una ventaja evolutiva ya que favorecen la
recombinación meiótica (cuanto más evolucionada es
una especie más intrones presenta), aumentando la
variabilidad genética.
No repetitivo
Casi el 50% es altamente repetitivo, existen secuencias
de nucleótidos repetidas miles de veces. Parece tener
influencia en la estabilidad de los cromosomas y no
lleva información para la síntesis.
Todo gen eucariota presenta las siguientes regiones:


Región
Secuencia
Promotor Reguladora Codificadora

Inicio
Transcripción
Fin
Transcripción
Promotora: situada al principio del gen y que, sin
codificar ningún aa, sirve para que las enzimas que
realizan la transcripción reconozcan el principio del
gen.
Codificadora: es la parte del gen que contiene la
información para la síntesis de la proteína.
Considerando la hebra 5'3', el principio de esta
región viene marcado por la secuencia ATG y el
final por uno de estos tres tripletes: TAA, TAG,
TGA, llamados de stop o sin sentido.
Terminadora: marca el final del gen.
Secuencia
Promotor Reguladora
Inicio
Transcripción
Intrones
Exones
Fin
Transcripción
á
á
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Biología _ 2º Bachillerato
Replicación del ADN
El ADN debe transmitirse fielmente a las células hijas, es decir, debe originar copias exactas de sí mismo.
Este proceso se conoce como replicación o duplicación del ADN. En un principio, se propusieron varias hipótesis de
los posibles procedimientos de la duplicación:
Conservativa
Semiconservativa
(Watson y Crick)
Dispersiva
La cadena original se mantiene y se
sintetiza otra nueva
La doble hélice se separa y se
fabrica una nueva hebra para cada
una. De esta manera, cada célula
hija conserva una hebra original de
la célula madre y una hebra nueva
recién sintetizada
Las células hijas reciben fragmentos
nuevos y antiguos al azar.
Esta controversia fue resuelta por Meselson y Stahl con una serie de experiencias:
Experiencia 1
Se cultivan bacterias E. coli en un medio con 15N
(nitrógeno pesado) durante cierto tiempo para que todo
el ADN esté formado por dos hebras de 15N (15N -15N)
más pesadas. Si se centrifuga, este ADN más pesado
migra hacia el fondo del tubo y se obtiene el resultado
que se observa en la figura.
Experiencia 3
.. lo que se obtiene en realidad es lo que se observa en
la figura: una sola banda en posición intermedia, pues
está formada por ADN mixto (15N -14N). Esto es, todas
las células hijas tienen un ADN con una hebra con 15N
y otra con 14N. La hipótesis de la síntesis
semiconservativa es la correcta.
Experiencia 2
A continuación, se cultivan las bacterias en 14N, más
ligero, durante 30 minutos, lo que dura un ciclo de
replicación.
Si la hipótesis de la síntesis conservativa fuese la
correcta, se debería obtener lo que se ve en la figura,
una banda de ADN pesado (15N-15N) y otra con ADN
ligero (14N-14N) pero...
Experiencia 4
Además, si se da otro ciclo de replicación en 14N, se
obtiene una banda de ADN mixto (14N-15N) y otra de
ADN (14N-14N), lo que también está de acuerdo con la
hipótesis de la síntesis semiconservativa.
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Tema 12.- La Base Molecular de la Herencia
Mecanismo de la replicación
Ocurre durante la fase S del ciclo celular (fase de síntesis del ADN). Las características principales del proceso
son:





Semiconservativa.
Se realiza en ambas hebras de forma secuencial.
Semidiscontinua: una hebra se replica de forma continua y la otra lo hace de forma discontinua.
Bidireccional: la separación de las hebras progenitoras, que comienza en cada origen de replicación,
progresa en ambas direcciones.
Origen de replicación:
 Monofocal (procariotas): comienza siempre en un punto determinado del cromosoma circular
denominado origen (ori), la replicación progresa formando dos horquillas de replicación.

Multifocal (eucariotas): en cada cromosoma existen múltiples orígenes de replicación (cientos
o miles) que dan lugar a un número doble de horquillas de replicación. Esto permite completar
la replicación de los cromosomas en un tiempo razonable. Puede visualizarse mediante
microscopia electrónica.
Podemos dividirlo en varias fases:
1.- Inicio.- en ciertas zonas de la doble hélice interviene una enzima, la helicasa, que rompe los puentes de
hidrógeno de las bases y separa las dos hebras. El ADN se desenrolla por dos topoisomerasas que eliminan las
tensiones y una vez separadas las dos hebras se mantienen separadas por otras enzimas, las proteínas SSB.
Girasa
Topoisomerasa
Proteínas
específicas
Helicasa
Proteínas SSB
2.- Elongación.- es la síntesis de las hebras complementarias sobre cada una de las hebras originales del ADN,
colocando las bases complementarias a las mismas. Lo realiza la ADN-Polimerasa III que para llevar a cabo su
actividad necesita:

Una hebra molde en sentido 3’5’ sobre la que sintetizar la hebra complementaria. Une nucleótidos en
sentido 5’3’, la nueva hebra va creciendo en este sentido.

Utiliza dNTP, que al mismo tiempo proporcionan la energía necesaria para la unión de la cadena
nucleótidica, al romper el enlace y quedarse dNMP.

No puede comenzar la síntesis por sí misma, sólo puede añadir nucleótidos a un extremo 3’-OH libre, es
decir, no es capaz de empezar una cadena desde el principio. Por eso necesita una cadena corta de ARN (40
o 50 nucleótidos) sobre la que seguir la síntesis, llamada cebador o primer, que es sintetizado por una
primasa (ARN-polimerasa), que sintetiza ARN a partir de ADN como molde.
La doble hélice se va separando y se va formando la denominada burbuja de replicación. El proceso es
bidireccional, avanza en las dos direcciones. Cada zona de avance se denomina horquilla de replicación (por
donde la ADN-pol III va avanzando).
La ADN-pol III lee en sentido 5’3’, por lo que la síntesis de una hebra es continua. Pero la otra hebra va en
sentido 5’3’ por lo que no es posible la síntesis en sentido 3’5’. En este caso la síntesis es discontinua en
fragmentos separados, denominados Fragmentos de Okazaki, que requieren un cebador cada uno.
Posteriormente se deben eliminar los cebadores, mediante la enzima ADN-pol I, que también rellena los huecos.
Por último, se unen los fragmentos gracias a ligasas.
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á
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Biología _ 2º Bachillerato
Burbuja
ADN-Pol I
5’
cadena adelantada
Topoisomerasa
3’
3’
Horquillas
Helicasa
5’
cadena
retrasada
Cebador Primasa
5’
5’
ADN-Pol I
Fragmentos de
Okazaki
3.- Finalización.- cada hebra se vuelve a enrollar formando ahora dos nuevas cadenas.
rápido, alrededor de 45000 nucleótidos/minuto, en E. coli.
Es un proceso muy
Diferencias de replicación en eucariotas y procariotas
Procariotas
Eucariotas
No es necesario el desempaquetamiento tan complejo
antes de la replicación al tener ADN desnudo y menos
replegado
El proceso previo al inicio de la replicación requiere el
desempaquetamiento de estructuras espaciales más
complejas
Se han identificado 3 ADN-pol diferentes
Hay 5 tipos de ADN-pol diferentes
Un punto de inicio de la replicación u origen de
replicación (ori) y dos horquillas de replicación
Existen numerosos puntos de inicio de la replicación,
formándose muchas horquillas de replicación para
acelerar el proceso, al tener mayor cantidad de ADN
Los fragmentos de Okazaki poseen entre 1000 y 2000
nucleótidos
Los fragmentos de Okazaki son menores en extensión,
de unos 100 a 200 nucleótidos
Al ser el ADN circular no se produce acortamiento
porque no existen extremos telómeros
Al ser el ADN lineal, se acorta el extremo de las hebras
en cada ciclo de replicación al eliminarse el ADN
cebador terminal y actúa la telomerasa que sintetiza
los fragmentos que faltan
Además del ADN, también deben sintetizarse las
histonas
Menor velocidad de replicación
Corrección de errores
En este proceso de replicación es necesario detectar y corregir los errores que pudieran producirse en las
copias. De manera que el ADN es la única molécula capaz de repararse a sí misma.
Si la ADN-pol III coloca un nucleótido no complementario es eliminado por nucleasas. De este modo el
número de errores es muy bajo (1 de cada 108 bases incorporadas), aún así existe un proceso de corrección
postreplicativo en el que actúan varias enzimas:
1.
2.
3.
4.
Endonucleasas: detectan errores y cortan la cadena en esa zona.
Exonuclasas: eliminan el fragmento incorrecto.
ADN-pol I: sintetizan la parte correspondiente al segmento eliminado.
ADN ligasas: unen el nuevo segmento al resto de la cadena.
A pesar de la corrección, la fidelidad en la replicación no es absoluta, esto es importante para la variabilidad
genética imprescindible en la evolución.
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Tema 12.- La Base Molecular de la Herencia
Transcripción de la información del ADN
La transcripción del ADN es un mecanismo fundamental para el control celular y para la expresión de la
información genética. Permite que la información del ADN llegue al resto de orgánulos celulares y salga del núcleo
en el caso de los eucariotas. Para ello esa información debe copiarse en forma de ARN.
Por tanto, la transcripción es el proceso de copia de un gen o fragmento de ADN usando ribonucléotidos y
originándose diferentes tipos de ARN.
El proceso es similar al de la replicación, con la diferencia de las enzimas y los precursores necesarios.
este caso los elementos que intervienen son:




DNA original: sirve de molde para ser copiado.
RNA-polimerasa: sintetiza el ARN a partir del
molde del ADN. Para realizar su función necesita:
 Los cuatro NTP (ATP, GTP, CTP, UTP)
 Mg2+
 Cadena molde de ADN
 No necesita cebador, a diferencia de la
ADN- pol
Ribonucleótidos trifosfato: para llevar a cabo
la copia.
Poli-A-polimerasa: ribonucleoproteína pequeña
nuclear, es una ARN-ligasa.
ARN-pol
Iniciación
ADN
ppp
Adición de
la caperuza
m7G ppp
Mecanismo de Transcripción en Eucariotas
Alargamiento
Para cada gen, sólo una de las cadenas, de las dos que
posee el ADN, se transcribe. El mecanismo se realiza de la
siguiente manera:
I.
En
m7G ppp
Adición de la
cola poli-A
m7G ppp
la ARN-pol o transcriptasa se une a unas
secuencias específicas llamadas promotores, estos
-OH 3’
dirigen la transcripción de los genes adyacentes. Las
Poli-A-polimerasa
secuencias de los promotores no son idénticas pero se
han encontrado en muchas bacterias ciertas
secuencias que son particularmente comunes en
E1
I1
E2
I2
m7G ppp
E3
ciertas
posiciones
(secuencia
consenso),
(A)n - OH
concretamente, unos 10 y 35 nucleótidos a la
pre
ARNm
izquierda de donde se inicia la transcripción, estas
secuencias consenso se denominan: secuencia –35 o
caja de entrada y secuencia –10 o caja TATA.
La doble hélice del ADN se desenrolla formado el bucle de transcripción (unos 17 nucleótidos) para
servir de molde para la síntesis del ARN, de tal manera que solamente una de las dos cadenas es la que
transcribe la información al ARN.
La cadena de ADN que sirve de molde se denomina cadena molde, mientras que la complementaria se
llama cadena codificante, idéntica en secuencia de bases al ARN transcrito excepto que la T es sustituida
por U.
Iniciación.-
5’
-35
-10
TTGACA
TATATT
+1
3’
5’
3’
ARNm
I.
II.
la síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al
ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-GTP en el extremo 5'. Esta cabeza parece tener una función
protectora para que las exonucleasas que destruyen los ARN, no ataquen al ARNm. Una vez que esto ha
ocurrido, continúa la síntesis del ARN en dirección 5’3’.
Alargamiento.-
una vez que la ARN-pol llega a la región terminadora del gen (secuencias de terminación),
finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poli-A-pol añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola
poliA, y el ARN (ARNm precursor, pre-ARNm o transcrito primario) se libera.
Finalización.-
á
á
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Biología _ 2º Bachillerato
III.
el pre-ARNm contiene tanto exones como intrones, es por tanto, un ARNm no apto para que la
información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. En el proceso
de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los
exones, formándose el ARNm maduro o transcrito.
Maduración.-
pre ARNm o transcrito primario
m7G ppp
E1
I1
E2
I2
E3
(A)n - OH
splicing
m7G ppp
E1
E2
E3
(A)n - OH
ARNm
maduro
Todo esto se produce en el núcleo celular. El ARNm maduro o transcrito, pasa al hialoplasma donde su
información sirve para la síntesis de una proteína concreta, es decir, la información que se encuentra en forma de
una cadena de nucleótidos se traducirá a una cadena de aminoácidos.
Mecanismo de Transcripción en Procariotas








Se lleva a cabo mediante una sola ARN-pol, con cuatro subunidades β, β’,  y ’.
Se une a un factor de reconocimiento, denominado factor sigma (), capaz de reconocer y fijarse a la región
promotora (caja TATA, Caja -35)
Una vez fijada la ARN-pol se libera el factor sigma.
La ARN-pol desenrolla la doble hélice y comienza la síntesis: lee en sentido 3’5’ y sintetiza en sentido 5’3’.
La síntesis termina cuando la ARN-pol llega a una zona de ADN que posee muchas bases GC (señal de
terminación). Para reconocer esa zona interviene el factor rho (ρ).
La velocidad es alta, de unos 30-40 nucleótidos por segundo.
Posteriormente se lleva a cabo un proceso de maduración que originará los ARNt y ARNr.
Hay un mayor número de errores, pero se pueden tolerar ya que no pasan a la descendencia.
Las diferencias con eucariotas son:
Procariotas
Eucariotas
El ARNm no posee ni caperuza, ni cola poli-A, ni
intrones
El pre-ARNm posee caperuza, cola poli-A e intrones
No hay maduración post-traduccional
Sí hay maduración post-traduccional
No hay separación física entre transcripción y
traducción
La transcripción se realiza en el núcleo y la traducción
en el citoplasma
El ARNm es policistrónico (contiene información para
más de una proteína, es decir, contiene más de un
gen)
El ARNm, por lo general, es monocistrónico (1 gen = 1
proteína)
Antes de que el ARNm se termine de transcribir ya se
está traduciendo
Hay una separación temporal entre la transcripción y la
traducción
Hay sólo 1 tipo de ARN-pol
Hay, al menos, 3 tipos de ARN-pol (una para cada tipo
de ARN)
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Tema 12.- La Base Molecular de la Herencia
El Código Genético
El ARNm tiene una estructura primaria complementaria a una de las cadenas del ADN. Esta disposición de las
bases nitrogenadas en el ARNm es la que codifica la secuencia de aminoácidos de la proteína.
Crick demostró que los aa en las proteínas están codificados por secuencias de tres bases nitrogenadas
consecutivas en las cadenas de ARNm. Cada una de estas secuencias de tres bases se llama tripletes o codones.
Al haber en las proteínas 20 aa distintos, una o dos bases no serían suficientes para codificarlos. Al tener los
ácidos nucleicos cuatro bases diferentes (A, G, C, U), existirán 64 codones o combinaciones de tres bases y como
solamente hay 20 aa distintos, se deduce, que varios tripletes codificarán un mismo aa.
Este código, que relaciona la secuencia de bases del ARN con la secuencia de aminoácidos en las proteínas,
recibe el nombre de código genético.
Características
I.
II.
Universal.- todos los seres vivos lo emplean, aunque existen algunas excepciones como por ejemplo,
el de las mitocondrias, que tiene algunas diferencias.
Degenerado.- el número de tripletes (64) es superior al de aa existentes en las proteínas (20).
III.
Existen 3 tripletes que no codifican ningún aa, son los tripletes sin sentido, de paro o stop. Estos
tripletes marcan el final de la región a traducir, esto es, el final de la molécula proteica.
IV.
La secuencia AUG codifica el principio de la región que se va a traducir y al mismo tiempo sirve para
codificar al aa Met. Por lo tanto, todas las proteínas comienzan por Met, sin embargo, posteriormente,
esta Met, que ocupa la posición inicial, puede ser eliminada.
Segunda base
U
U
C
Primera base
A
G
C
A
G
Phe
UUU
Ser
UCU
Tyr
UAU
Cys
UGU
U
Phe
UUC
Ser
UCC
Tyr
UAC
Cys
UGC
C
Leu
UUA
Ser
UCA
Stop
UAA
Stop
UGA
A
Leu
UUG
Ser
UCG
Stop
UAG
Trp
UGG
G
Leu
CUU
Pro
CCU
His
CAU
Arg
CGU
U
Leu
CUC
Pro
CCC
His
CAC
Arg
CGC
C
Leu
CUA
Pro
CCA
Gln
CAA
Arg
CGA
A
Leu
CUG
Pro
CCG
Gln
CAG
Arg
CGG
G
Ile
AUU
Thr
ACU
Asn
AAU
Ser
AGU
U
Ile
AUC
Thr
ACC
Asn
AAC
Ser
AGC
C
Ile
AUA
Thr
ACA
Lys
AAA
Arg
AGA
A
Met
AUG
Thr
ACG
Lys
AAG
Arg
AGG
G
Val
GUU
Ala
GCU
Asp
GAU
Gly
GGU
U
Val
GUC
Ala
GCC
Asp
GAC
Gly
GGC
C
Val
GUA
Ala
GCA
Glu
GAA
Gly
GGA
A
Val
GUG
Ala
GCG
Glu
GAG
Gly
GGG
G
Tercera base
á
á
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Biología _ 2º Bachillerato
Traducción
Consiste en la síntesis de una proteína a partir de la información contenida en el ARNm. Se trata de un
proceso que se produce en el hialoplasma. Consta de las siguientes fases:

Activación de los aminoácidos: la formación del enlace peptídico es un proceso endergónico. Para que
pueda realizarse, los aa deben ser activados, activación que se realiza por medio del GTP:
aa + GTP  aa-GMP + PPi
Los aa activados se unen a una molécula de ARNt, cada uno a un ARNt específico, que será aquel que
lleve el anticodón correspondiente.

Iniciación: la subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza
hasta llegar al codón AUG. Se les une el complejo formado por el ARNt-Met. La unión se produce entre el
codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta el aa. Por último, se une la subunidad mayor a la
menor completándose el ribosoma.
fMet
fMet
3’
5’
U A C
5’
AUG
Sub. Menor
fMet
3’
5’
UA C
5’
A UG
3’
3’
5’
UA C
5’
A UG
3’
3’
ARNm
Ribosoma
Completo

Elongación:
1. El complejo ARNt-aa2 se sitúa enfrente del codón correspondiente. La región del ribosoma en la que
se une se le llama región aminoacil (A).
2. Se forma el enlace peptídico y la Met se une al segundo aminoácido (aa2).
3. El ARNm se traslada como la cinta de una máquina de escribir y el complejo ARNt2- aa2-Met queda
situado en la región peptidil (P) del ribosoma y la posición aminoacil queda libre para la entrada del
complejo ARNt-aa3. El ARNt de la Met se libera.
De esta manera se van a ir añadiendo el resto de los aminoácidos que constituyen la proteína hasta
llegar al codón de finalización.
Phe
Enlace
Peptídico
fMet
3’
5’
3’
5’
UA C C G
A
5’
AUGGUC

3’
5’
AA G
Val
3’
Val
5’
A U
3’
5’
AA G
3’
5’
CA G
G G U CUU C
3’
Val
5’
A U
Phe
3’
3’
5’
5’
CA GAA G
3’
G G U CUU C
Finalización: Cuando el ribosoma llega al codón de finalización, uno de los codones sin sentido: UAA, UAG,
UGA, la proteína se libera y las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.
Factor de
Liberación
5’
3’
5’
CA G
G U CUG A
3’
3’
5’
CA G
5’
G U CUG A
3’
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Tema 12.- La Base Molecular de la Herencia
La estructura terciaria y cuaternaria de las proteínas se va adquiriendo según estas se van sintetizando.
Varios ribosomas, de 4 a 6, a veces incluso 100, pueden estar traduciendo al mismo tiempo una cadena de ARNm,
formando polirribosomas.
Regulación de la acción de los genes: Hipótesis del Operón
Todas las células de un organismo pluricelular, excepto los gametos, poseen la misma información genética.
Ahora bien, no todos los genes se encuentran activos durante el ciclo celular. Muchos genes no actúan nunca y
otros actúan sólo en determinados momentos, pudiendo permanecer durante largos periodos de tiempo inactivos.
Regulación de la actuación del operón LAC en la bacteria Escherichia coli
La -galactosidasa es una enzima que rompe el enlace O-glicosídico entre la galactosa y la glucosa en la
lactosa. Si no hay lactosa en el medio, E. coli apenas dispone de unas pocas moléculas de enzima, una o dos
solamente. Sin embargo, si añadimos lactosa al medio donde se encuentra la bacteria, al cabo de unos pocos
minutos los niveles de -galactosidasa suben hasta alcanzar las 5000 moléculas por célula, aproximadamente.
Aparecen además otras dos enzimas: una permeasa que facilita la absorción de la lactosa a través de la
membrana plasmática de la célula y una transacetilasa, necesaria también para el metabolismo de la lactosa.
Jacob y Monod interpretaron estos resultados planteando la hipótesis del operón: la actividad de varios genes
que codifican enzimas relacionadas entre sí, sería desencadenada por la acción de un gen operador, contiguo a
los genes estructurales en la molécula de ADN. El conjunto formado por los genes estructurales y el gen operador
recibe el nombre de operón. Si el gen operador se encuentra libre, los genes estructurales se transcriben. A su
vez, el gen operador estaría controlado por un gen regulador, que puede estar situado lejos del operón. Este gen
va a sintetizar un ARNm que servirá para la síntesis de una proteína: el represor. Si el represor se encuentra
activo se unirá al gen operador inhibiéndolo, con lo que los genes estructurales no se transcribirán.
El operón LAC en E.coli consta de tres genes estructurales que codifican respectivamente: la -galactosidasa
(gen z), la permeasa (gen y) y la transacetilasa (gen a):
Sin Lactosa
Regulador
El gen regulador se traduce en una proteína,
el represor, con dos centros activos. Por uno
de ellos es capaz de unirse al gen operador
inhibiendo la síntesis de los ARNm codificados
por los genes z, y, a.
Operador
Genes Estructurales
Z
Y
A
Con Lactosa
El represor, por el otro centro activo, se une a
la lactosa, que cambia la estructura del
represor inactivándolo e impidiendo que éste
se pueda unir al gen operador. De esta
manera los genes estructurales se
transcribirían produciéndose la síntesis de las
tres enzimas que metabolizan la lactosa en
E.coli
Regulador
Operador
Genes Estructurales
Z
Lactosa
Y
A
á
á
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Biología _ 2º Bachillerato
Los Operones Reprimibles
Este es el caso de la regulación de los genes responsables de los procesos de síntesis (como la síntesis de
Trp). Supongamos que la célula necesita producir una determinada cantidad de una sustancia A y que no interesa
que haya un exceso de A ni que ésta falte. Supongamos también que para sintetizar A se necesitan tres enzimas:
a, b y c.
Sin sustancia A (Trp)
Regulador
Operador
Genes Estructurales
En estos casos, la proteína que actúa
como represor del gen operador se
encuentra normalmente en estado
inactivo, permitiendo que los genes a, b y
c se transcriban y que A se sintetice.
C
B
A
Síntesis de Trp
Con sustancia A (Trp)
Regulador
Cuando A (Trp) alcanza unos niveles
elevados, se une al represor, activándolo.
El represor activo se une al operador y
los genes estructurales a, b y c no se
transcriben. Esto hace descender la
cantidad de A, con lo que el represor
vuelve a estar inactivo, los genes
estructurales vuelven a traducirse y
vuelve a sintetizarse A.
Operador
Genes Estructurales
Z
Y
A
Trp
De esta manera la célula mantiene unas determinadas cantidades de A. Por tanto, se trata de un mecanismo
que funciona como un termostato, manteniendo unos niveles adecuados de una determinada sustancia, en este
caso A, necesaria para la célula.